JP3553556B2 - Aqueous pigment ink and method for producing the same - Google Patents

Aqueous pigment ink and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP3553556B2
JP3553556B2 JP2002182974A JP2002182974A JP3553556B2 JP 3553556 B2 JP3553556 B2 JP 3553556B2 JP 2002182974 A JP2002182974 A JP 2002182974A JP 2002182974 A JP2002182974 A JP 2002182974A JP 3553556 B2 JP3553556 B2 JP 3553556B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon black
water
ink
pigment
aqueous pigment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002182974A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003096372A (en
Inventor
俊之 長澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orient Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Orient Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orient Chemical Industries Ltd filed Critical Orient Chemical Industries Ltd
Priority to JP2002182974A priority Critical patent/JP3553556B2/en
Publication of JP2003096372A publication Critical patent/JP2003096372A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3553556B2 publication Critical patent/JP3553556B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)
  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は水性インキに関し、特に着色剤としてカーボンブラックを含有する水性顔料インキ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来筆記具やインクジェットプリンター用の記録液として、黒色染料を含有する水性染料インキが主に用いられてきた。近年に至り、記録画像に耐光性や耐水性を持たせるためにカーボンブラックのような顔料を用いた水性顔料インキが注目されている。
【0003】
着色剤用として市販されているカーボンブラックは酸化処理されたpH7以下の酸性カーボンブラックであり、水分散性に劣る。
【0004】
そこで、水溶性アクリル樹脂、スチレン−(メタ)アクリル酸樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂及びアミンのような分散剤の存在下で、各種分散機を使用して、カーボンブラックを水性媒体中に微細に分散、安定化させている。
【0005】
例えば、特開昭64−6074号及び同64−31881号公報には、pH5以下のカーボンブラックと分散剤(アニオン系界面活性剤や高分子分散剤)とを含む水性顔料インキが記載されている。また、特開平3−210373号公報には、酸性カーボンブラックと水溶性樹脂とを含むインクジェット用インキが記載されている。
【0006】
一般に、インクジェット記録ヘッドの微細な先端から安定に液滴を発生させたり、水性ボールペンの細いペン先でスムーズに筆記するためには、インクジェット記録ヘッドのオリフィスやボールペンチップの乾燥による固化などを防止することが必要である。
【0007】
しかしながら、上述の水性顔料インキのように分散剤を使用する場合には、分散剤を形成する樹脂がオリフィス等に付着した後再溶解されないで、目詰まり及び液滴の不吐出等が生じ得る。また、分散剤を含む水性顔料インキは粘調なので、長時間にわたる連続吐出及び高速印字を行う際にノズル先端までの経路で抵抗をおこし、吐出が不安定になりスムーズな記録が困難となる。更に、水性顔料インキでは、吐出安定性を確保するために顔料濃度を充分高めることができず、水性染料インキに比べて印字濃度が不十分であるという欠点を有する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、インクジェット記録に用いた場合に吐出安定性に優れ、そして細いペン先からもスムーズに筆記できる充分な濃度の水性顔料インキを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は(a)酸性カーボンブラックを得る工程;(b)前記酸性カーボンブラックを水中で次亜ハロゲン酸塩を用いて酸化する工程;及び(c)酸化して得た生成物を精製及び濃度調節する工程;を、包含する分散剤を含有しない水性顔料インキの製造方法を提供するものであり、そのことによって上記目的が達成される。次亜ハロゲン酸塩を用いて酸化された上記カーボンブラックは1.5mmol/g以上の表面活性水素含有量を有することが好ましい。
【0010】
表面活性水素含有量とはカーボンブラックの粒子の表面に存在する活性水素の量(mmol/g)を意味する。
【0011】
本発明の水性顔料インキに用いるカーボンブラックは高い表面活性水素含有量を有することが好ましい。このようなカーボンブラックは良好な水分散性を示すからである。
【0012】
高い表面活性水素含有量を有するカーボンブラックは活性水素を有する水酸基やカルボキシル基を表面に多く有するため、カーボンブラック自体の親水性が向上している。また、それと同時に表面積も大きくなり、あたかも酸性染料のごとき化学的性質をもつことによって水分散性が良好になると考えられる。
【0013】
カーボンブラックの表面活性水素含有量は1.5mmol/g以上であることが好ましく、2.0mmol/g以上であることがより好ましい。1.5mmol/g以下では水分散性が悪くなり、本発明の効果を達成し難い。5.0mmol/g以上としても良いが適正量に比べて効果に大きな差はなく、製造コストが高くなるため好ましくない。
【0014】
カーボンブラックの表面活性水素含有量はツアイゼル法により以下の如く測定される。即ちカーボンブラックにジアゾメタンのジエチルエーテル溶液を滴下させることによりカーボンブラック上の活性水素を全てメチル基に交換する。この処理をしたカーボンブラックに、比重1.7のヨウ化水素酸を加え、加熱してメチル基をヨウ化メチルとして気化させる。このヨウ化メチルの気体を硝酸銀溶液でトラップしてヨウ化メチル銀として沈澱させる。このヨウ化銀の重量より元のメチル基の量、即ち活性水素の量を測定する。
【0015】
カーボンブラックは、一般には水性顔料インキ全量に対して、0.1〜50重量%、好ましくは1〜20重量%の範囲で含有されることが望ましい。カーボンブラックの含有量が1重量%未満では印字又は筆記濃度が不十分となり、20重量%を越えるとカーボンブラックが凝集し易くなり長期保存中に沈澱が発生したり、吐出安定性が悪くなるからである。
【0016】
本発明の水性顔料インキにおけるカーボンブラックの平均粒径は200nm以下、特に150nm以下、さらに100nm以下であることが好ましい。カーボンブラックの平均粒径が200nmを上回ると顔料の沈降が起こり易くなるからである。
【0017】
本発明の水性顔料インキには、必要に応じて、水混和性有機溶媒を含有させ得る。尚、水、水混和性有機溶媒及びこれらの混合物を本明細書では、水性媒体と称する。
【0018】
水混和性有機溶媒としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール及びイソブチルアルコールのような炭素数1〜4のアルキルアルコール;アセトン及びジアセトンアルコールのようなケトンまたはケトンアルコール;テトラヒドロフラン(THF)及びジオキサンのようなエーテル;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールのようなアルキレングリコール;ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールのようなポリアルキレングリコール;エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル及びトリエチレングリコールモノエチルエーテルのような多価アルコールの低級アルキルエーテル;ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートのような低級アルキルエーテルアセテート;グリセリン;及び2−メチルピロリドン及びN−メチル−2−ピロリドンのようなピロリドン等が挙げられる。これらの有機溶媒の使用量は特に限定されないが、一般には3〜50重量%の範囲である。
【0019】
本発明の水性顔料インキは、水とカーボンブラックとを含有する水性顔料インキの製造方法において、(a)酸性カーボンブラックを得る工程と、(b)前記酸性カーボンブラックを水中で次亜ハロゲン酸塩で更に酸化する工程とを、包含する方法により製造されるのが好ましい。
【0020】
本明細書において、「酸性カーボンブラック」とは、その粒子の表面上にカルボキシル基を有するために酸性を示すカーボンブラックをいう。本発明の水性顔料インキには6以下、特に4以下のpHを有する酸性カーボンブラックを用いることが好ましい。
【0021】
酸性カーボンブラックは、一般に、常套の酸化剤(例えば、硝酸、オゾン、過酸化水素及び窒素酸化物等)を使用する酸化法、又はプラズマ処理等の表面改質法によって、例えばファーネスブラックやチャンネルブラックのようなカラー用のカーボンブラックを適度に酸化することによって得られる。このような酸性カーボンブラックは、三菱化学社から、「MA100」、「2400B」及び「MA8」の商品名で、及びテグサ社から「カラー・ブラック(Color Black)FW200」の商品名で市販されている。
【0022】
得られた酸性カーボンブラックを更に酸化するために、本発明では次亜ハロゲン酸塩を用いる。具体的には次亜塩素酸ナトリウムや次亜塩素酸カリウムが挙げられ、次亜塩素酸ナトリウムが反応性の点から特に好ましい。酸性カーボンブラックの酸化は、一般に、前述の酸性カーボンブラックと、カーボンブラックの重量に対して有効ハロゲン濃度で10〜30%の次亜ハロゲン酸塩(例えば次亜塩素酸ナトリウム)とを適量の水中に仕込み、5時間以上、好ましくは約10〜15時間、50℃以上、好ましくは95〜105℃で撹拌することにより行う。得られるカーボンブラックは1.5mmol/g以上の表面活性水素含有量を有する。
【0023】
次いで生成物を濾過し、副生塩をイオン交換水で洗浄することにより除去する。更に逆浸透膜や限外瀘過膜のような0.01μm以下の孔径を有する分離膜を用いて精製及び濃縮する。濃縮は、一般にカーボンブラックの含有率が水に対して10〜30重量%程度の濃厚な顔料分散液になるように行う。得られた顔料分散液をそのまま水性顔料インキとして用いうるが、その際には、カーボンブラックの濃度を1〜20重量%とするのが好ましい。濃縮された顔料分散液を更に乾燥して粉末状顔料としてよく、または、更に濃縮して顔料濃度50重量%程度の顔料ペーストとしてもよい。その後これらを水性媒体に分散して適当な濃度に調節することによって本発明の水性顔料インキが得られる。
【0024】
本発明の水性顔料インキは十分に脱塩精製されているため筆記具及びインクジェットプリンター等の腐食は生じない。さらに、カーボンブラックの表面のカルボキシル基の大半もしくは一部が、酸化剤として用いる次亜ハロゲン酸塩由来のアルカリ金属塩となっているので、特にpHを調節する必要はない。しかしながら、本発明の水性顔料インキに長期間にわたる良好な分散安定性を付与するためには通常の水性染料インキと同様に、微酸性〜アルカリ性(pH8〜10)にpHを調節するのが好ましい。
【0025】
使用し得るpH調節剤としては、モノ−、ジ−及びトリエタノールアミンのようなアルカノールアミン;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウムのようなアルカリ金属の水酸化物等が挙げられる。
【0026】
さらに、本発明の水性顔料インキにはこの種のインキに通常使用される粘度調整剤、防黴剤及び防錆剤のような添加剤を適宜選択して適量使用することもできる。
【0027】
印字物または筆記文字に光沢などを与えるために、必要に応じて水溶性樹脂(例えば、ビニルピロリドンの低縮合物、水溶性アルキッド樹脂または水溶性アクリル樹脂)、アルコール可溶性樹脂(例えば、フェノール樹脂、アクリル樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂またはケトン樹脂)を添加することもできる。水溶性又はアルコール可溶性樹脂は、水性顔料インキの吐出安定性等の観点より重量比で、カーボンブラックの1/10以下とするのがよい。
【0028】
本発明によれば、着色剤として一般に市販されている酸性カーボンブラックに比べて酸化の程度が非常に高く、水分散性にすぐれたカーボンブラックが提供される。このカーボンブラックでは表面の極性基(例えば、フェノール性水酸基やカルボキシル基)の量が著しく増加しており、同時に表面積が大きくなっている。
【0029】
従って、本発明の記録液は、特に顔料分散樹脂や界面活性剤等を加えないで、或いは機械的な分散処理をしなくても長期間の分散安定性に優れ、カーボンブラックがインキ貯蔵部で沈降することはない。
【0030】
また、本発明の水性顔料インキは、インクジェット方式による記録用や水性ボールペンなどの筆記用インキとして使用した場合も、記録・筆記特性が良好で高速度印字ができ、また、速記した場合も文字がかすれることはない。
【0031】
さらに、紙面に記録された文字や図形の堅牢性(耐光性や耐水性)に優れ、再度水に浸漬してもカーボンブラックは流れ出すことはなく耐水性があり、日光に暴露しても染料インキのように変退色するこがなく耐光性にすぐれる。
【0032】
更にまた、カーボンブラックを高濃度で含有させうるので印字物の濃度にすぐれ、水溶性黒色染料と同等もしくはそれ以上の光学濃度を提供する。
【0033】
【実施例】
実施例1
市販の酸性カーボンブラック「MA−100」(pH3.5)[三菱化学社製]300gを水1000mlに良く混合した後、これに次亜塩素酸ソーダ(有効塩素濃度12%)450gを滴下して、100〜105℃で10時間撹拌した。得られたスラリーを東洋濾紙No.2(東洋濾紙社製)で濾過し、顔料粒子が洩れるまで水洗した。この顔料ウエットケーキを水3000mlに再分散し、電導度0.2μsまで逆浸透膜で脱塩した。さらに、この顔料分散液(pH=8〜10)を、顔料濃度10重量%に濃縮した。
【0034】
得られた顔料分散液を酸処理(塩酸水で酸性とし再度膜精製)、濃縮、乾燥および微粉砕して、酸化カーボンブラックの粉末を得た。得られた酸化カーボンブラックの表面活性水素含有量を前記方法で測定した。結果は約2.8mmol/gであった。
【0035】
実施例2
実施例1で得られた顔料分散液50gに、エタノール5gと2−メチルピロリドン5gを加え、さらに水を加えて全量を100gとすることにより水性顔料インキを得た。このインキの粘度は2cps/25℃以下であり、カーボンブラックの平均粒径は150nmであった。なお、酸化カーボンブラックの平均粒径は、レーザー光拡散方式粒度分布測定機(大塚電子社製、商品名:LPA3000/3100)を用いて測定した。
【0036】
次に、このインキをインキジェット記録装置[商品名HG5130(エプソン社製)]にセットし印字したところ、インキの吐出は安定しており、速やかに印字され、印字物は、乾燥後水に浸漬しても顔料が流れることはなく、耐水性は良好であった。また、用いたノズルは一般的な水性染料インキ用であるがインキが固化することなく、数時間後の印字テストにおいても吐出不良はなかった。また、このインキを50℃で1ヵ月保存しても沈降物は発生せず、平均粒径、粘度も変らず、再度印字テストをしてもインキの吐出は安定しており、スムーズに印字できた。マクベス濃度計TR−927(コルモーゲン社製)でベタ印字部の光学濃度を測定したところ1.34であり、十分に満足できるものであった。
【0037】
実施例3
市販の酸性カーボンブラック「MA8」(pH3.5)[三菱化学社製]300gを水1000mlに良く混合た後に次亜塩素酸ソーダ(有効塩素濃度12%)450gを滴下して、100〜105℃で8時間撹拌した。得られたスラリーを東洋濾紙No.2で濾過し、顔料粒子が洩れるまで水洗した。この顔料ウエットケーキを水3000mlに再分散し電導度0.2μsまで逆浸透膜で脱塩した。さらに、この顔料分散液を顔料濃度10重量%に濃縮した。
【0038】
得られた顔料分散液を酸処理(塩酸水で酸性とし再度膜精製)、濃縮、乾燥および微粉砕して、酸化カーボンブラックの粉末を得た。得られた酸化カーボンブラックの表面活性水素含有量を前記方法で測定した。結果は約2.5mmol/gであった。
【0039】
実施例4
実施例3で得られた顔料分散液50gに、エタノール5gと2−メチルピロリドン5gを加え、さらに水を加えて全量を100gにすることによって水性顔料インキを得た。このインキの粘度は1.8cps/25℃以下であり、平均粒径は100nmであった。次に、このインキを実施例2と同様にインキジェット記録装置にセットし印字したところ、インキの吐出は安定で速やかに印字され、印字物は、乾燥後水に浸漬しても顔料が流れることはなく、耐水性は良好であった。また、用いたノズルは、一般的な水性染料インキ用であるが、インキが固化することなく、数時間後の印字テストにおいても吐出不良はなかった。また、このインキを50℃で1ヵ月保存しても沈降物は発生せず、平均粒径、粘度も変らず、再度印字テストをしてもインキの吐出は安定しており、スムーズに印字できた。
【0040】
比較例1
酸性カーボンブラック「MA−100」(pH3.5)[三菱化学社製]5gに水85gとエタノール5gと2−メチルピロリドン5gを加えて全量を100gとし、充分攪拌することによって水性顔料インキを得た。しかしこの酸性カーボンブラックは全く水に分散されず数分の静置により上澄みが出来て印字不可能であった。また、この酸性カーボンブラックの活性水素含有量を測定したところ0.13mmol/gであった。
【0041】
比較例2
酸性カーボンブラック「MA−100」(pH3.5)[三菱化学社製]100gに「ジョンクリルJ−62」(ジョンソンポリマー社製のアクリル樹脂水溶液)100g、水300gを加えこれを横型ビーズミルで5時間分散し、平均粒径150nmまで分散した。
【0042】
この分散液25gにエタノール5gと2−メチルピロリドン5gを加え、水で全量100gとして水性顔料インキを得た。粘度4cps/25℃で分散安定性は良好であった。このインキをインクジェット記録装置にセットし印字したところ、インキの吐出安定性が徐々に悪くなり、印字濃度も薄くなった。また、一般的な水性染料インキ用ノズルでは、インキが乾燥して数時間後の印字テストにおいて更に濃度が下がった。そして、これを繰り返すと不吐出が発生して、全く印字できなくなった。
【0043】
比較例3
エタノール5g、2−メチルピロリドン5g及び水65gの代りに、ジエチレングリコール10g、2−メチルピロリドン10g及び水55gを加えること以外は比較例2と同様にして水性顔料インキを得た。このインキは印字濃度は薄いが繰り返し印字でき、ノズルで吐出不良は生じなかった。しかし、このインキを50℃で1ヵ月保存して後、平均粒径を測定したところ、200nmまで凝集しており、粘度も7cps/25℃に変化していた。再度攪拌分散して印字テストを試みたが、凝集して大きくなった顔料分散物がノズル部で詰まり印字できなかった。
【0044】
比較例4
酸化処理されていない塩基性カーボンブラック「45L」(三菱化学社製)10gを水30mlに分散し、有効塩素濃度12%の次亜塩素酸ナトリウム5gを添加し、常温(20〜25℃)に24時間放置した。その後、上澄みを取り除き、沈降したカーボンブラックケーキをメタノールに分散し、濾過した。この操作を繰り返すことによって反応母液とメタノールを置換し、完全に反応液及び副生塩を除き、乾燥することによって酸化カーボンブラックの粉末を得た。
【0045】
得られた酸化カーボンブラック(pH8)5gに水85gとエタノール5gと2−メチルピロリドン5gを加え、全量を100gとし、充分撹拌することによって水性顔料インキを得た。このインキは静置によって上澄みができ、印字不可能であった。
【0046】
以下表1に別途総括して示すように、本発明の実施例1および3で得られた酸化カーボンブラック、市販のカーボンブラック「MA100」、「2400B」(三菱化学社製の酸性カーボンブラック)及び「45L」(三菱化学社製の塩基性カーボンブラック)、及び商品名「カラー・ブラック FW200」(デグサ社製の酸性カーボンブラック)について、表面活性水素含有量と水分散性とを比較した。本発明で得られた酸化カーボンブラックの活性水素含有量は、約2.0mmol/g以上であった。これに対して「MA100」、「2400B」及び「45L」では、それぞれ約 0.13mmol/g、約0.58mmol/g、約0.06mmol/g、「カラー・ブラックFW200」は約1.2mmol/gであった。また、水分散性として水親和性及び経時安定性を比較したところ、本発明で得られるカーボンブラックが速やかに微分散され、60日間静置しても安定であったのに対し、前記市販のカーボンブラックは、分散初期でも水面に浮遊していたり、また、時間の経過と共に分散状態が不安定化し沈降する程度のものであった。このように本発明の記録液におけるカーボンブラックの活性水素含有量は従来品に比べて著しく多く、これに比例するように水分散性が驚くほど優れていることが理解できる。
【0047】
また本発明の水性顔料インキに含まれるカーボンブラックの平均粒径は、アクリル樹脂、スチレン−アクリル酸樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂等の水溶性の分散樹脂や分散剤のない単純な水系の状態で測定すると、分散樹脂や分散剤の存在下に各種分散機で強いシェアーを掛けて長時間分散しなくても約150nmという水性顔料インキに好ましい粒径にすることができた。また、2次凝集しているカーボンブラック(いわゆる液中凝集体)が表面の極性基と水と良くなじみ、均一に微分散されていることが認めたれた。
【0048】
【表1】

Figure 0003553556
【0049】
【発明の効果】
インクジェット記録用に用いた場合に吐出安定性に優れ、そして細いペン先からもスムーズに筆記できる充分な濃度の水性顔料インキが提供された。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an aqueous ink, and more particularly to an aqueous pigment ink containing carbon black as a colorant and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, aqueous dye inks containing a black dye have been mainly used as recording liquids for writing instruments and ink jet printers. In recent years, aqueous pigment inks using pigments such as carbon black have attracted attention in order to impart light resistance and water resistance to recorded images.
[0003]
Commercially available carbon black for colorants is an oxidized acidic carbon black having a pH of 7 or less and has poor water dispersibility.
[0004]
Therefore, in the presence of a dispersant such as a water-soluble acrylic resin, a styrene- (meth) acrylic acid resin, a styrene-maleic acid resin and an amine, carbon black is finely dispersed in an aqueous medium by using various dispersing machines. Dispersed and stabilized.
[0005]
For example, JP-A-64-6074 and JP-A-64-31881 describe an aqueous pigment ink containing carbon black having a pH of 5 or less and a dispersant (anionic surfactant or polymer dispersant). . JP-A-3-210373 discloses an ink jet ink containing acidic carbon black and a water-soluble resin.
[0006]
In general, in order to generate droplets stably from the fine tip of an ink jet recording head or to write smoothly with a thin nib of an aqueous ballpoint pen, solidification due to drying of the orifice of the ink jet recording head and the ballpoint pen tip is prevented. It is necessary.
[0007]
However, when a dispersant is used as in the above-described water-based pigment ink, the resin forming the dispersant adheres to the orifice or the like and is not redissolved, which may cause clogging and non-discharge of droplets. Further, since the aqueous pigment ink containing the dispersant has a viscous tone, resistance is caused in the path to the nozzle tip when continuous ejection and high-speed printing are performed for a long time, and the ejection becomes unstable and smooth recording becomes difficult. Further, the water-based pigment ink has a disadvantage that the pigment concentration cannot be sufficiently increased in order to secure the ejection stability, and the print density is insufficient as compared with the water-based dye ink.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an aqueous pigment having an excellent ejection stability when used in ink jet recording, and a sufficient concentration to be able to write smoothly from a fine pen tip. To provide an ink.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides (a) a step of obtaining an acidic carbon black; (b) a step of oxidizing the acidic carbon black in water with a hypohalite; and (c) purification and concentration of a product obtained by the oxidation. A method for producing a water-based pigment ink containing no dispersing agent, which includes the step of adjusting, whereby the above object is achieved. The carbon black oxidized with a hypohalite preferably has a surface active hydrogen content of 1.5 mmol / g or more.
[0010]
The surface active hydrogen content means the amount (mmol / g) of active hydrogen existing on the surface of the carbon black particles.
[0011]
The carbon black used in the aqueous pigment ink of the present invention preferably has a high surface active hydrogen content. This is because such carbon black shows good water dispersibility.
[0012]
Since carbon black having a high surface active hydrogen content has many hydroxyl groups and carboxyl groups having active hydrogen on its surface, the hydrophilicity of the carbon black itself is improved. At the same time, the surface area is also increased, and it is considered that water dispersibility is improved by having chemical properties such as an acid dye.
[0013]
The surface active hydrogen content of carbon black is preferably at least 1.5 mmol / g, more preferably at least 2.0 mmol / g. If it is less than 1.5 mmol / g, the water dispersibility will be poor, and it will be difficult to achieve the effects of the present invention. Although it may be 5.0 mmol / g or more, there is no great difference in the effect as compared with the appropriate amount, and the production cost is undesirably high.
[0014]
The surface active hydrogen content of carbon black is measured by the Tweil method as follows. That is, by dropping a diethyl ether solution of diazomethane on carbon black, all active hydrogens on carbon black are exchanged for methyl groups. Hydrogen iodide having a specific gravity of 1.7 is added to the carbon black thus treated, and heated to vaporize the methyl group as methyl iodide. This gas of methyl iodide is trapped by a silver nitrate solution to precipitate as silver methyl iodide. From the weight of the silver iodide, the amount of the original methyl group, that is, the amount of the active hydrogen is measured.
[0015]
Generally, it is desirable that carbon black is contained in the range of 0.1 to 50% by weight, preferably 1 to 20% by weight, based on the total amount of the aqueous pigment ink. If the carbon black content is less than 1% by weight, the printing or writing density becomes insufficient, and if it exceeds 20% by weight, the carbon black tends to agglomerate, causing precipitation during long-term storage and poor discharge stability. It is.
[0016]
The average particle size of carbon black in the aqueous pigment ink of the present invention is preferably 200 nm or less, particularly preferably 150 nm or less, and more preferably 100 nm or less. If the average particle size of the carbon black exceeds 200 nm, sedimentation of the pigment tends to occur.
[0017]
The water-based pigment ink of the present invention may contain a water-miscible organic solvent, if necessary. In addition, water, a water-miscible organic solvent, and a mixture thereof are referred to as an aqueous medium in this specification.
[0018]
Examples of the water-miscible organic solvent include alkyl alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol and isobutyl alcohol; Ketones or ketone alcohols such as acetone alcohol; ethers such as tetrahydrofuran (THF) and dioxane; alkylene glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol and triethylene glycol; polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; Ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl Ethers and lower alkyl ethers of polyhydric alcohols such as triethylene glycol monoethyl ether; lower alkyl ether acetates such as polyethylene glycol monomethyl ether acetate; glycerin; and such as 2-methylpyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone And pyrrolidone. The use amount of these organic solvents is not particularly limited, but is generally in the range of 3 to 50% by weight.
[0019]
The aqueous pigment ink of the present invention is a method for producing an aqueous pigment ink containing water and carbon black, wherein (a) obtaining an acidic carbon black; and (b) converting the acidic carbon black into a hypohalous acid salt in water. And a step of further oxidizing the compound.
[0020]
In the present specification, the term "acidic carbon black" refers to a carbon black that has a carboxyl group on the surface of the particle and thus exhibits acidity. It is preferable to use an acidic carbon black having a pH of 6 or less, particularly 4 or less for the aqueous pigment ink of the present invention.
[0021]
Acidic carbon black is generally prepared by an oxidation method using a conventional oxidizing agent (eg, nitric acid, ozone, hydrogen peroxide, nitrogen oxide, etc.) or a surface modification method such as plasma treatment, for example, furnace black or channel black. It can be obtained by appropriately oxidizing carbon black for colors such as Such acidic carbon blacks are commercially available from Mitsubishi Chemical under the trade names "MA100", "2400B" and "MA8" and from Tegusa under the trade name "Color Black FW200". I have.
[0022]
In order to further oxidize the obtained acidic carbon black, a hypohalite is used in the present invention. Specific examples include sodium hypochlorite and potassium hypochlorite, and sodium hypochlorite is particularly preferred in terms of reactivity. The oxidation of acidic carbon black is generally carried out by adding the above-mentioned acidic carbon black and a hypohalite (for example, sodium hypochlorite) having an effective halogen concentration of 10 to 30% with respect to the weight of the carbon black in an appropriate amount of water. And stirring for 5 hours or more, preferably for about 10 to 15 hours, at 50 ° C. or more, preferably 95 to 105 ° C. The resulting carbon black has a surface active hydrogen content of 1.5 mmol / g or more.
[0023]
The product is then filtered and the by-product salts are removed by washing with deionized water. Further, purification and concentration are performed using a separation membrane having a pore size of 0.01 μm or less, such as a reverse osmosis membrane or an ultrafiltration membrane. The concentration is generally performed so that the pigment dispersion is a concentrated pigment dispersion having a carbon black content of about 10 to 30% by weight based on water. The pigment dispersion thus obtained can be used as it is as an aqueous pigment ink. In this case, the concentration of carbon black is preferably adjusted to 1 to 20% by weight. The concentrated pigment dispersion may be further dried to obtain a powdery pigment, or may be further concentrated to obtain a pigment paste having a pigment concentration of about 50% by weight. Thereafter, these are dispersed in an aqueous medium and adjusted to an appropriate concentration to obtain the aqueous pigment ink of the present invention.
[0024]
Since the water-based pigment ink of the present invention has been sufficiently desalted and purified, corrosion of writing instruments and ink jet printers does not occur. Further, since most or a part of the carboxyl groups on the surface of the carbon black are alkali metal salts derived from hypohalite used as an oxidizing agent, there is no need to adjust the pH. However, in order to impart good dispersion stability to the aqueous pigment ink of the present invention over a long period of time, it is preferable to adjust the pH to slightly acidic to alkaline (pH 8 to 10) as in the case of ordinary aqueous dye ink.
[0025]
Examples of pH adjusters that can be used include alkanolamines such as mono-, di- and triethanolamine; and alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
[0026]
Further, in the aqueous pigment ink of the present invention, additives such as a viscosity modifier, a fungicide, and a rust preventive usually used for this type of ink can be appropriately selected and used in an appropriate amount.
[0027]
In order to give gloss or the like to printed matter or written characters, if necessary, a water-soluble resin (for example, a low condensate of vinylpyrrolidone, a water-soluble alkyd resin or a water-soluble acrylic resin), an alcohol-soluble resin (for example, a phenol resin, Acrylic resin, styrene-maleic acid resin or ketone resin) can also be added. The weight ratio of the water-soluble or alcohol-soluble resin is preferably not more than 1/10 of carbon black in terms of the ejection stability of the aqueous pigment ink.
[0028]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the degree of oxidation is very high compared with the acidic carbon black generally marketed as a coloring agent, and carbon black excellent in water dispersibility is provided. In this carbon black, the amount of polar groups (for example, phenolic hydroxyl groups and carboxyl groups) on the surface is significantly increased, and at the same time, the surface area is increased.
[0029]
Therefore, the recording liquid of the present invention has excellent long-term dispersion stability without adding a pigment-dispersing resin or a surfactant in particular, or even without mechanical dispersion treatment, and carbon black is used in the ink storage section. It does not settle.
[0030]
In addition, the water-based pigment ink of the present invention has good recording / writing characteristics and can be printed at high speed even when used as a recording ink for ink-jet recording or a water-based ball-point pen, and when short-handed, a character is also obtained. It does not fade.
[0031]
Furthermore, it has excellent robustness (light fastness and water fastness) of characters and figures recorded on paper, and carbon black does not flow out even if immersed again in water, and it is water resistant, and dye ink even when exposed to sunlight. Excellent light fastness without discoloration.
[0032]
Furthermore, since carbon black can be contained at a high concentration, the density of printed matter is excellent, and an optical density equal to or higher than that of a water-soluble black dye is provided.
[0033]
【Example】
Example 1
After 300 g of commercially available acidic carbon black “MA-100” (pH 3.5) [manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation] is well mixed with 1000 ml of water, 450 g of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration 12%) is dropped thereto. And stirred at 100-105 ° C for 10 hours. The obtained slurry was applied to Toyo Filter Paper No. 2 (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.), and washed with water until pigment particles leaked. This pigment wet cake was redispersed in 3000 ml of water and desalted with a reverse osmosis membrane until the electric conductivity was 0.2 μs. Further, this pigment dispersion (pH = 8 to 10) was concentrated to a pigment concentration of 10% by weight.
[0034]
The resulting pigment dispersion was treated with an acid (acidified with hydrochloric acid and made into a membrane again), concentrated, dried and pulverized to obtain a powder of oxidized carbon black. The surface active hydrogen content of the obtained oxidized carbon black was measured by the above method. The result was about 2.8 mmol / g.
[0035]
Example 2
To 50 g of the pigment dispersion obtained in Example 1, 5 g of ethanol and 5 g of 2-methylpyrrolidone were added, and water was further added to make the total amount 100 g, whereby an aqueous pigment ink was obtained. The viscosity of this ink was 2 cps / 25 ° C. or less, and the average particle size of carbon black was 150 nm. The average particle size of the oxidized carbon black was measured using a laser light diffusion type particle size distribution analyzer (trade name: LPA3000 / 3100, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
[0036]
Next, when this ink was set in an ink jet recording apparatus [trade name: HG5130 (manufactured by Epson Corporation)] and printed, the ejection of the ink was stable and printing was performed quickly. The printed matter was dried and immersed in water. However, the pigment did not flow, and the water resistance was good. The nozzle used was for a general aqueous dye ink, but the ink did not solidify, and there was no ejection failure in a print test several hours later. Also, even if this ink is stored at 50 ° C. for one month, no sediment is generated, the average particle diameter and viscosity do not change, and even if the printing test is performed again, the ink discharge is stable, and printing can be performed smoothly. Was. The optical density of the solid printed portion was measured using a Macbeth densitometer TR-927 (manufactured by Colmorgen) and was found to be 1.34, which was sufficiently satisfactory.
[0037]
Example 3
After 300 g of commercially available acidic carbon black “MA8” (pH 3.5) [manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation] is well mixed with 1000 ml of water, 450 g of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration: 12%) is dropped, and 100 to 105 ° C. For 8 hours. The obtained slurry was applied to Toyo Filter Paper No. 2 and washed with water until the pigment particles leaked. This pigment wet cake was redispersed in 3000 ml of water and desalted with a reverse osmosis membrane until the electric conductivity was 0.2 μs. Further, this pigment dispersion was concentrated to a pigment concentration of 10% by weight.
[0038]
The resulting pigment dispersion was treated with an acid (acidified with hydrochloric acid and made into a membrane again), concentrated, dried and pulverized to obtain a powder of oxidized carbon black. The surface active hydrogen content of the obtained oxidized carbon black was measured by the above method. The result was about 2.5 mmol / g.
[0039]
Example 4
To 50 g of the pigment dispersion obtained in Example 3, 5 g of ethanol and 5 g of 2-methylpyrrolidone were added, and water was further added to make the total amount 100 g, whereby an aqueous pigment ink was obtained. The viscosity of this ink was 1.8 cps / 25 ° C. or less, and the average particle size was 100 nm. Next, when this ink was set in an ink jet recording apparatus and printed in the same manner as in Example 2, the ink was discharged stably and quickly, and the printed matter showed that the pigment flowed even when immersed in water after drying. No, and the water resistance was good. The nozzle used was for a general aqueous dye ink. However, the ink did not solidify, and there was no ejection failure even in a printing test several hours later. Also, even if this ink is stored at 50 ° C. for one month, no sediment is generated, the average particle diameter and viscosity do not change, and even if the printing test is performed again, the ink discharge is stable, and printing can be performed smoothly. Was.
[0040]
Comparative Example 1
Aqueous pigment ink is obtained by adding 85 g of water, 5 g of ethanol and 5 g of 2-methylpyrrolidone to 5 g of acidic carbon black “MA-100” (pH 3.5) [manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation] to make the total amount 100 g, and sufficiently stirring to obtain an aqueous pigment ink. Was. However, this acidic carbon black was not dispersed in water at all and supernatant was formed by standing for several minutes, and printing was impossible. Further, the active hydrogen content of this acidic carbon black was measured and found to be 0.13 mmol / g.
[0041]
Comparative Example 2
To 100 g of acidic carbon black “MA-100” (pH 3.5) [manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation], 100 g of “Johncryl J-62” (aqueous acrylic resin solution manufactured by Johnson Polymer) and 300 g of water were added. It was dispersed for a time, and dispersed to an average particle size of 150 nm.
[0042]
To 25 g of this dispersion, 5 g of ethanol and 5 g of 2-methylpyrrolidone were added, and the total amount was made 100 g with water to obtain an aqueous pigment ink. The dispersion stability was good at a viscosity of 4 cps / 25 ° C. When this ink was set in an ink jet recording apparatus and printing was performed, the ejection stability of the ink gradually deteriorated, and the print density became thin. In addition, in a general aqueous dye ink nozzle, the density further decreased in a printing test several hours after the ink dried. When this operation was repeated, non-ejection occurred, and printing could not be performed at all.
[0043]
Comparative Example 3
An aqueous pigment ink was obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that 10 g of diethylene glycol, 10 g of 2-methylpyrrolidone and 55 g of water were used instead of 5 g of ethanol, 5 g of 2-methylpyrrolidone and 65 g of water. This ink had a low print density but could be repeatedly printed, and no ejection failure occurred at the nozzle. However, after storing this ink at 50 ° C. for one month, the average particle size was measured. As a result, the ink was aggregated up to 200 nm and the viscosity changed to 7 cps / 25 ° C. A printing test was attempted by stirring and dispersing again, but the pigment dispersion, which became large due to aggregation, was clogged at the nozzle portion and printing was not possible.
[0044]
Comparative Example 4
Disperse 10 g of basic carbon black “45 L” (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) not oxidized in 30 ml of water, add 5 g of sodium hypochlorite having an effective chlorine concentration of 12%, and bring the mixture to normal temperature (20 to 25 ° C.). It was left for 24 hours. Thereafter, the supernatant was removed, and the precipitated carbon black cake was dispersed in methanol and filtered. This operation was repeated to replace the reaction mother liquor with methanol, completely remove the reaction solution and by-product salts, and dried to obtain oxidized carbon black powder.
[0045]
85 g of water, 5 g of ethanol and 5 g of 2-methylpyrrolidone were added to 5 g of the obtained oxidized carbon black (pH 8) to make the total amount 100 g, and the mixture was sufficiently stirred to obtain an aqueous pigment ink. This ink was allowed to settle by standing, and printing was impossible.
[0046]
As shown separately in Table 1, the oxidized carbon blacks obtained in Examples 1 and 3 of the present invention, the commercially available carbon blacks “MA100”, “2400B” (acid carbon black manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and The surface active hydrogen content and water dispersibility of “45L” (basic carbon black manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and “Color Black FW200” (trade name) (acid carbon black manufactured by Degussa) were compared. The active hydrogen content of the oxidized carbon black obtained in the present invention was about 2.0 mmol / g or more. On the other hand, for “MA100”, “2400B”, and “45L”, about 0.13 mmol / g, about 0.58 mmol / g, about 0.06 mmol / g, and “color / black FW200” about 1.2 mmol, respectively. / G. Further, when the water affinity and the stability over time were compared as the water dispersibility, the carbon black obtained in the present invention was finely dispersed promptly and was stable even after standing for 60 days, whereas the commercially available carbon black was stable. The carbon black floated on the water surface even at the initial stage of dispersion, and was in such a degree that the dispersion state became unstable and settled with the passage of time. Thus, it can be understood that the active hydrogen content of the carbon black in the recording liquid of the present invention is remarkably higher than that of the conventional product, and the water dispersibility is surprisingly excellent in proportion to this.
[0047]
The average particle size of the carbon black contained in the aqueous pigment ink of the present invention is a simple water-based state without a water-soluble dispersing resin or dispersing agent such as an acrylic resin, a styrene-acrylic acid resin, and a styrene-maleic acid resin. When measured, it was possible to obtain a particle size of about 150 nm, which is preferable for an aqueous pigment ink, without applying a strong shear with various dispersers in the presence of a dispersing resin or a dispersing agent and dispersing for a long time. In addition, it was confirmed that the secondary aggregated carbon black (so-called aggregate in liquid) was well mixed with the polar group on the surface and water and was finely dispersed uniformly.
[0048]
[Table 1]
Figure 0003553556
[0049]
【The invention's effect】
A water-based pigment ink having excellent discharge stability when used for ink-jet recording and having a sufficient concentration that allows smooth writing with a fine pen tip is provided.

Claims (4)

(a)酸性カーボンブラックを得る工程;(A) obtaining an acidic carbon black;
(b)前記酸性カーボンブラックを水中で次亜ハロゲン酸塩を用いて酸化する工程;及び(B) oxidizing the acidic carbon black in water with a hypohalite; and
(c)酸化して得た生成物を精製及び濃度調節する工程;(C) a step of purifying and adjusting the concentration of the product obtained by oxidation;
を、包含する分散剤を含有しない水性顔料インキの製造方法。A method for producing an aqueous pigment ink containing no dispersant.
前記精製が、水洗処理、及び/又は分離膜を用いる脱塩処理を包含する請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the purification comprises a water washing treatment and / or a desalination treatment using a separation membrane. 前記分離膜が逆浸透膜又は限外濾過膜である請求項2記載の方法。The method according to claim 2, wherein the separation membrane is a reverse osmosis membrane or an ultrafiltration membrane. 前記酸性カーボンブラックのpH値が3.5〜6である請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the acidic carbon black has a pH of 3.5 to 6.
JP2002182974A 2002-06-24 2002-06-24 Aqueous pigment ink and method for producing the same Expired - Fee Related JP3553556B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002182974A JP3553556B2 (en) 2002-06-24 2002-06-24 Aqueous pigment ink and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002182974A JP3553556B2 (en) 2002-06-24 2002-06-24 Aqueous pigment ink and method for producing the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13694394A Division JP3405817B2 (en) 1994-06-20 1994-06-20 Aqueous pigment ink and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003096372A JP2003096372A (en) 2003-04-03
JP3553556B2 true JP3553556B2 (en) 2004-08-11

Family

ID=19195363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002182974A Expired - Fee Related JP3553556B2 (en) 2002-06-24 2002-06-24 Aqueous pigment ink and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3553556B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7922805B2 (en) * 2004-12-17 2011-04-12 Cabot Corporation Method of preparing oxidized modified pigments and inkjet ink compositions comprising the same
WO2008055244A2 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Sensient Colors Inc. Modified pigments and methods for making and using the same
JP5704384B2 (en) * 2010-06-25 2015-04-22 株式会社リコー Ink jet recording ink, cartridge, ink jet recording apparatus, image formed product
CN116096578A (en) * 2020-08-28 2023-05-09 柯尼卡美能达株式会社 Ink jet head

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003096372A (en) 2003-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3405817B2 (en) Aqueous pigment ink and method for producing the same
US5609671A (en) Water-based pigment ink and process for producing the same
JP3795983B2 (en) Aqueous pigment ink composition and method for producing the same
US5846307A (en) Aqueous pigment ink composition
KR100536796B1 (en) Carbon black, process for producing the same, and aqueous dispersion and water-base ink both containing the same
JP5057261B2 (en) Carbon black aqueous dispersion and method for producing the same
JPH10237349A (en) Oxidation-treated carbon black, its production, aqueous dispersion containing the same and aqueous ink
JPH10195331A (en) Production of oxidized carbon black, aqueous dispersion and water-base ink
JPH11189739A (en) Aqueous pigment ink composition
JP3583230B2 (en) Aqueous pigment ink composition
JP3745018B2 (en) Aqueous pigment ink and method for producing the same
JP3553556B2 (en) Aqueous pigment ink and method for producing the same
JP3795961B2 (en) Water-based pigment ink composition
JP3933303B2 (en) Carbon black, method for producing the same, carbon black aqueous dispersion, and water-based ink using the same
JP3908505B2 (en) Water-based ink
JP3745539B2 (en) Water-based pigment ink composition
JP3833307B2 (en) Water-based pigment ink composition
JP3521669B2 (en) Oxidized carbon black, carbon black dispersion and method for producing the same
JP2000017189A (en) Aqueous carbon black dispersion and aqueous ink using the same
JP3625595B2 (en) Ultrafine organic pigment color ink and method for producing the same
JP3334038B2 (en) Inkjet recording ink
JP4036530B2 (en) Recycling method of printing substrate
JP2000017191A (en) Aqueous carbon black dispersion and aqueous ink using the same
JP2000345087A (en) Aqueous ink composition and aqueous pigment dispersion
JP2000017185A (en) Aqueous carbon black dispersion and aqueous ink using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040420

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040428

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees